概述

ADuM4160是一款基于ADI公司iCoupler?技術的USB端口隔離器。它將高速CMOS工藝與單片空芯變壓器技術相結合，可提供優異的工作性能，并且很容易與低速和全速USB兼容外設集成。

許多微控制器實施的USB只向外部引腳提供D+和D?線路。這在許多情況下都符合需求，因為它僅需極少的外部器件，并簡化了設計；不過，當需要隔離時，這會帶來難題。USB線路必須自動在主動驅動D+/D?、接收數據與允許外部電阻設置總線空閑狀態之間切換。ADuM4160結構既可以檢測數據流向，同時能夠控制輸出緩沖的狀態。數據流向根據一個個分組確定。

ADuM4160將基于邊沿檢測的iCoupler技術與內部邏輯結合使用，可實現透明、易于配置、面對上游的端口隔離器。隔離上游端口具有電路簡單、電源管理和操作穩健等多種優勢。

這款隔離器的傳播延遲與標準集線器和電纜的傳播延遲相當。它可以采用任一側的3.1 V至5.5 V電源電壓供電，并能在內部將該電壓調節至信號電平，從而與VBUS直接相連。ADuM4160對上拉電阻進行隔離控制，以便外設能控制連接時序。該器件的空閑電流較低；需要掛起模式。
數據表：*附件：ADUM4160全速 低速USB數字隔離器技術手冊.pdf

特性

• 完全兼容USB 2.0
• 低速和全速數據速率：1.5 Mbps和12 Mbps
• 雙向通信
• xD+和xD?線路短路保護功能
• 3.3 V和5 V（雙模電源配置） - 欲了解更多信息，請參考數據手冊。
• 3A類接觸式ESD性能，符合ANSI/ESD STM5.1-2007標準
• 工作溫度最高可達105°C
• 高共模瞬變抗擾度：>25 kV/μs

應用

• USB外設隔離
• 隔離式USB集線器

功能框圖

引腳配置描述

應用信息

功能描述

在 USB 規范中，D + /D - 線路的電氣隔離實現頗具挑戰，原因有以下幾點。首先，通常需要訪問輸出使能信號來控制收發器，這就要求在隔離器中構建一定程度的智能，用于解讀數據流并確定何時啟用和禁用上游及下游輸出使能。其次，信號必須在隔離器的輸出側準確重建，不能傳遞諸如振鈴和預沖之類的瞬態信號，同時還要保留精確的定時，并傳遞諸如無效 SE0 和 SE1 狀態等瞬態信號。此外，該部件在掛起模式下必須滿足低功耗要求。

iCoupler 技術基于邊沿檢測，因此非常適用于 USB 應用。數據在器件中的傳輸是通過監測輸入的活動狀態和空閑狀態，并據此設置傳輸方向來實現的。一旦確定了數據傳輸方向，數據就會一直傳輸，直到遇到數據包結束（EOP）或足夠長的空閑狀態。此時，耦合器會禁用其輸出緩沖器，并監測輸入的下一次活動。在數據傳輸期間，耦合器的輸出側會保持輸出緩沖器使能。輸出側的耦合器輸出緩沖器使能采用邊沿檢測方式，不會回繞。這樣，數據只能在一個方向上流動，而不會回傳至輸入緩沖器，從而使 iCoupler 鎖存。定時基于差分輸入信號轉換，包含閾值以消除因差分輸入信號轉換導致的偽影。輸入狀態會作為三個有效狀態（J、K 或 SE0）之一跨隔離柵傳輸，并在輸出側以固定時間延遲從輸入差分信號重建。

該耦合器沒有專門的掛起模式，也不需要專門的掛起模式，因為當其電源電流低于掛起電流限值（2.5 mA）時，USB 處于空閑狀態。

ADuM4160 設計用于通過隔離 D + /D - 線路與上游 facing 全速 USB 端口接口。上游 facing 端口僅支持一種速度操作；因此，與速度相關的參數（J/K 邏輯電平、D + /D - 擺率）設置為匹配上游端口的速度，面向下游的端口（見表 10）也是如此。

ADuM4160 下游側的控制線路激活空閑狀態上拉電阻，當下游端口連接到上游端口或 USB 總線時，該上拉電阻可被禁用。

PIN 輸入可與 3.3 V 控制邏輯信號連接，具體取決于是否必須控制 V_{ISO} 軌的上電操作。

產品使用

ADuM4160 旨在集成到帶有上游 facing USB 端口的 USB 外設中，如圖 4 所示。其關鍵設計要點如下：

1. USB 主機通過電纜為 ADuM4160 的上游側供電。
2. ADuM4160 的外設側為下游側供電。
3. 隔離器接口的 D + /D - 線路和外設控制器的 UD + /UD - 線路與電纜或主機的固定數據速率連接。外設設備的電纜或主機的數據速率在設計時設定，ADuM4160 必須匹配該速率。SPU 和 SPD 由用戶配置，用于在耦合器的上游和下游側設置此速度。
4. 當 UD + 或 UD - 線路被拉高時，USB 枚舉開始。該事件下游側的定時由耦合器的 PIN 輸入控制。
5. 上拉和下拉電阻在耦合器內部實現，僅需外部串聯電阻和旁路電容即可操作。

除了上拉電阻的延遲應用外，ADuM4160 對 USB 流量完全透明，無需修改外設設計即可提供隔離。隔離器為信號添加了傳播延遲，與集線器類似。在確定菊花鏈中集線器的最大數量時，隔離的外設必須按存在集線器處理。

集線器可像任何其他外設一樣進行隔離，通過將 ADuM4160 放置在集線器芯片的上游側即可實現隔離集線器。這種配置可使耦合器計入兩個集線器延遲。集線器芯片允許 ADuM4160 全速運行，同時保持與低速設備的兼容性。